在航空航天、核電、石油化工等領(lǐng)域，極端工況對材料性能提出近乎苛刻的要求。鎳基高溫合金IN718作為該領(lǐng)域的“性能王牌”，其制備技術(shù)的突破對實現(xiàn)高端裝備自主可控至關(guān)重要。 河鋼集團張宣科技聚焦國家戰(zhàn)略需求，攜手北京科技大學(xué)組建聯(lián)合攻關(guān)團隊，以產(chǎn)學(xué)研一體化優(yōu)勢破解行業(yè)難題，成功突破雙真空IN718鍛材制備關(guān)鍵技術(shù)難題。經(jīng)檢測，該材料雜質(zhì)總含量小于0.0020wt%（質(zhì)量百分比）、650攝氏度高溫環(huán)境下的抗拉強度達(dá)1194兆帕、晶粒度達(dá)10級~10.5級、高溫持久性達(dá)40小時（國標(biāo)25小時），四大核心指標(biāo)同步躋身行業(yè)頂尖行列，為高端裝備極端工況應(yīng)用注入硬核底氣。 精準(zhǔn)把控全流程 破解純凈冶煉難題 “‘雙真空’工藝的核心目標(biāo)是‘純’與‘勻’，任何成分的偏差都可能導(dǎo)致產(chǎn)品性能‘失準(zhǔn)’。”張宣科技特材攻關(guān)團隊負(fù)責(zé)人王超介紹，鎳基高溫合金IN718作為全球高溫合金市場占比35%的核心材料，需在零下253攝氏度~650攝氏度的寬溫域內(nèi)保持穩(wěn)定的機械性能，此前國內(nèi)“雙真空”（真空感應(yīng)爐VIM+真空自耗爐VAR）制備工藝一直面臨雜質(zhì)超標(biāo)、成分波動等瓶頸，長期依賴進口。 為掌握原創(chuàng)技術(shù)，該團隊從原料源頭入手，建立超高純原料篩選標(biāo)準(zhǔn)，對每批次原料進行多維度成分檢測。在真空感應(yīng)爐冶煉階段，該團隊通過實驗室小爐熔煉試驗和大錠型試制，細(xì)致分析VIM（真空感應(yīng)熔煉）熔化、精煉、合金化等5個不同時期原料的加入順序?qū)辖鹧酢⒌⒘虻入s質(zhì)元素的去除效果和鋁、鈦等關(guān)鍵元素窄成分控制的影響，先后10余次優(yōu)化原料配比方案。同時，該團隊精準(zhǔn)控制熔化功率與升溫速率，精控精煉時間以促進雜質(zhì)元素?fù)]發(fā)。 此外，他們建立直徑380毫米級真空澆鑄充型凝固多場耦合模型，分析不同澆鑄速度、流槽結(jié)構(gòu)與流槽內(nèi)熔體運動狀態(tài)對夾雜物去除效果的影響。針對真空自耗爐冶煉關(guān)鍵參數(shù)的有效優(yōu)化，經(jīng)過數(shù)10次試驗，他們摸索出包含熔化速率、冷卻強度、電流強度等差異化參數(shù)組合下熔池深度、熔池形貌和枝晶間距的演變規(guī)律，實現(xiàn)鑄錠缺陷的精準(zhǔn)預(yù)防。 “我們通過實施‘全流程合金化控制’技術(shù)，對關(guān)鍵合金元素的加入時機、加入量進行精細(xì)化調(diào)控，成功解決了傳統(tǒng)工藝中易出現(xiàn)的夾雜物缺陷和‘臟白斑’問題，將氧、氮、硫等有害雜質(zhì)總含量控制在0.0020wt%以下，達(dá)到國際超純凈材料標(biāo)準(zhǔn)。”王超表示。 優(yōu)化鍛造熱處理工藝 智造極致性能標(biāo)桿 走進特材產(chǎn)線鍛壓作業(yè)區(qū)生產(chǎn)現(xiàn)場，巨大的快鍛機錘頭平穩(wěn)起落，通紅的IN718合金材料在精準(zhǔn)控制下逐步塑形。“高溫合金的鍛造過程就像是‘千錘百煉’，既要保證強度，又要兼顧韌性，還要控制晶粒度，每一步都得精準(zhǔn)拿捏。”該產(chǎn)線技術(shù)部主管工程師蘇愛民指著正在作業(yè)的設(shè)備介紹道。 為確保IN718雙真空鑄錠工藝穩(wěn)定落地，該團隊跳出傳統(tǒng)思維，構(gòu)建“均質(zhì)化預(yù)處理+梯度溫鍛”的創(chuàng)新技術(shù)路徑，通過分階段控溫處理、精準(zhǔn)控制各道次壓下量和鍛造溫度，有效解決了低熔點相殘留、初熔等隱患，從源頭提升鑄錠成分均勻性，精準(zhǔn)消除鑄錠內(nèi)部組織缺陷，為細(xì)晶制備奠定了基礎(chǔ)。 在熱處理環(huán)節(jié)，該團隊研發(fā)出“固溶強化+分級時效”工藝，通過優(yōu)化保溫時間和冷卻速率，使材料形成均勻細(xì)小的強化相，大幅提升高溫力學(xué)性能。 長期以來，國內(nèi)高端IN718鍛材的雙真空制備技術(shù)受限于工藝瓶頸，關(guān)鍵領(lǐng)域所需材料多依賴進口，不僅成本高昂，還面臨供應(yīng)鏈安全風(fēng)險。王超表示：“優(yōu)化鍛造工藝后，材料的晶粒度穩(wěn)定達(dá)到10級~10.5級，650攝氏度下的抗拉強度高達(dá)1194兆帕，遠(yuǎn)超行業(yè)常規(guī)水平。”該材料下線試驗后，穩(wěn)定服役時長達(dá)到40小時，展現(xiàn)出卓越的抗蠕變性能，形成的“超純凈冶煉、細(xì)晶制備、缺陷控制”全流程制備體系具有可復(fù)制、可推廣價值。
